物理学革命及其影响

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1、第五章物理学革命及其影响物理学晴朗天空的两朵“乌云”1887年，美国物理学家迈克尔孙和莫雷为了寻找地球相对于静止的以太运动的“以太风”，进行了著名了以太漂移实验，但实验数据却同经典物理学理论的语言完全相反。物理学界大为震惊。同时，有关气体比热的实验结果与能量均分定理发生了尖锐的矛盾。1900年4月27日英国物理学家凯尔文和汤姆孙在英国皇家学会的演讲中称这两个问题为物理学晴朗天空的两朵乌云以太漂移和黑体辐射现象X射线、放射性、电子等相对论量子力学主要内容相对论量子力学现代化学理论的发展相对论狭义相对论产生的历史背景狭义相对论的创立广义相对论的建立以太运动的

2、“以太风”十九世纪后期，由于光的波动理论的确立，科学家相信一种叫“以太”的连续介质充满了宇宙空间，就象空气中的声波一样，光线和电磁信号是“以太”中的波。然而，与空间完全充满“以太”的思想相悖的结果不久就出现了：根据“以太”理论应得出，光线传播速度相对于“以太”应是一个定值，因此，如果你沿与光线传播相同的方向行进，你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低；反之，如果你沿与光线传播相反的方向行进，你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速高。但是，一系列实验都没有找到造成光速差别的证据。狭义相对论产生的历史背景托马斯·杨和菲涅尔的波动理论兴起麦克斯韦的麦

3、克斯韦方程组的C常数光与电、磁场理论的统一研究1876-1887年迈克尔孙和莫雷以太漂移实验以太漂移实验的0结果？1889年，爱尔兰费茨基拉德提出物质长度烟运动方向收缩假说。1892年，荷兰洛伦兹的洛伦兹变换假说，满足了麦氏方程，保全了经典力学的形式美。20世纪初，彭加勒对时空问题和物质运动问题，提出四维时空和强调运动的相对性。狭义相对论的创立狭义相对论基本原理狭义相对论主要结论及其意义马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大。马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关。时空的观念是通过经验形成的。绝对时空无论依据什么经验也不能把握。休谟更具体的说：空间和广延不是

4、别的，而是按一定次序分布的可见的对象充满空间。而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的。1905年爱因斯坦指出，迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的，光速是不变的。而牛顿的绝对时空观念是错误的。不存在绝对静止的参照物，时间测量也是随参照系不同而不同的。他用光速不变和相对性原理提出了洛仑兹变换。创立了狭义相对论。狭义相对论基本原理狭义相对论适用于惯性参照系狭义相对论的两条基础原理（1）狭义相对性原理——在所有的惯性系中物理定律的形式相同。各惯性系应该是等价的，不存在特殊的惯性系。即事物在每个惯性系中规律是一样的。（从合理性上说

5、）（2）光速不变原理——在所有的惯性系里，真空中光速具有相同的值。光速与广泛的运动无关；光速与频率无关；往返平均光速与方向无关。（该原理由迈克尔逊-莫雷实验引出。）狭义相对论运动学的核心——洛仑兹变换洛仑兹变换讨论一个从t=0x=0发出的光子在Σ系和Σ’系（在t=0时Σ’系与Σ系重合，以后Σ’以V沿X轴方向运动。）中的情况，根据：时空均匀性：x=γ(x’+vt’)相对性原理：x’=γ(x-vt)光速不变原理：x=ct洛仑兹变换统一了时空和运动，统一了高速世界和经典力学研究的低速情况。Σ’系→Σ系x=γ(x’+vt’)y=y’z=z’t=γ(t’+vx’/

6、c2)Σ系→Σ’系x’=γ(x-vt)y’=yz’=zt’=γ(t-vx/c2)狭义相对论时空观①同时的相对性：由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2)，Δt’=0时，一般Δt≠0。称x’/c2为同时性因子。②运动的钟变慢：由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2)，因运动的钟在自己的参照系中Δx’=0，则Δt=γΔt’≥Δt’。③运动的长度缩短：由Δx=Δx’/γ+vΔt，因测量运动的长度时必须Δt=0，则Δx=Δx’/γ=Δx’≤Δx’。常称为收缩因子，为膨胀因子。狭义相对论力学相对论质量m=γm0竟然速度ｖ增加（γ增加）质量ｍ也要增加。相对论质能关系粒子的总

7、能量为：E=mc2粒子的静止能量为：E0=m0c2粒子的动能为：EK=mc2–m0c2=可见粒子的动能不等于经典的形式，但当V<

8、分别由“尺缩”，“钟慢”效应，但把时间和空间作为一个统一体考虑，其间隔是绝对不变